《C++ Primer》读书笔记第十二章-1-动态内存与智能指针

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1. 全局对象在程序启动时分配内存，在程序结束时销毁；
2. 对于局部自动对象，当我们进入其定义所在的程序块时被创建，在离开块时销毁；
3. 局部static对象在第一次使用前分配，在程序结束时才销毁。

这些都是C++ 编译器帮我们管理的，对于这么爱赋予程序员自由的语言，C++也允许我们自己来决定，就是动态分配对象：动态分配的对象只有显式地被释放时，这些对象才会销毁。

另外，标准库定义了两个智能指针类型来帮助我们管理动态分配的对象，怎么帮助呢？当一个对象应该被释放时，指向它的智能指针可以确保自动地释放它。

通过不同方式定义的变量类型在内存中的存储位置也不同=>内存中，全局变量和静态变量存在于静态区（静态内存）；局部非static变量存在于栈区（栈内存）；new的对象和malloc的对象都存在于堆区（自由空间），自由空间中分配的对象直到显式释放或程序结束才被销毁；常量存在于常量区。

动态内存与智能指针

一、在C++中，动态内存的管理是通过一对运算符来完成：

1. new，在动态内存中为对象分配空间，并且返回一个指向该对象的指针，可以选择对对象进行初始化；
2. delete，接受一个动态对象的指针，销毁该对象，并释放与之关联的内存。

二、这样我们在使用的时候很容易出问题：

1. 忘记释放内存，会产生内存泄漏；
2. 在尚有指针引用内存的情况下，释放了它，会产生引用非法内存的指针（也叫非法指针）。

说了这么多，终于引出了智能指针： 智能指针的行为类似常规指针，重要的区别是智能指针负责自动释放所指向的对象，它不支持指针算术运算，它管理底层指针的方式不同：（以下第一个和第二个都是智能指针，只是不同的智能指针罢了；第三个是弱引用而已~）

1. shared_ptr允许多个指针指向同一个对象；
2. unique_ptr独占所指向的对象；
3. weak_ptr，弱引用，指向shared_ptr所管理的对象。

以上三种类型都定义在memory头文件中。

shared_ptr类

递增计数器：
当进行拷贝或赋值操作时，每个shared_ptr都会记录有多少个其他shared_ptr指向相同的对象：

auto p = make_shared<int>(42);//p指向的int对象只有p一个引用者。auto q(p);//p和q指向相同对象，此对象有两个引用者。

auto为shared_ptr 类型（即智能指针），类似指针的类型。

每个shared_ptr都有一个关联的计数器（引用计数）： 无论何时我们拷贝一个shared_ptr，都会递增计数器，举例：

1. 用一个shared_ptr初始化另一个shared_ptr；（如上第一、二行代码）
2. 将它作为参数传递给一个函数；
3. 作为函数的返回值。

递减计数器：

举例：
1. 给shared_ptr赋予一个新值；
2. shared_ptr被销毁。（例如：离开一个局部的shared_ptr的作用域）

一旦一个shared_ptr的计数器变为0，它就会自动释放自己所管理的对象：

auto r = make_shared<int>(42); //r指向的int对象只有一个引用者。r = q; //1：给r赋新值，让它指向新地址；2：递增q指向对象的引用计数；//3：递减r原来指向的对象的引用计数；4：这个r原来指向的对象已没引用者，便会自动释放。

shared_ptr自动销毁所管理的对象：
类似构造函数，每个类都有一个析构函数用于对象的销毁。
shared_ptr的析构函数会递减它所指的对象的引用计数，如果计数为0，shared_ptr的析构函数就会销毁对象，并释放它占用的内存。

使用动态内存的场景：

1. 程序不知道自己要使用多少对象（比如容器类。shared_ptr类 相似于vector,可灵活增减。）；
2. 程序不知道所需对象的准确类型（智能指针（包括shared_ptr和unique_ptr）也是模板。e.g. auto <T> name;）；
3. 程序需要在多个对象间共享数据（有兴趣的可以自己看看书上的例子）。

直接内存管理

前面已经学习了如何用智能指针来管理动态内存，比较简单（因为自己可以忽略很多细节）。

现在我们只借助C++提供的两个运算符来直接管理内存：

1. new 分配内存；
2. delete 释放new分配的内存 。

这一章越到后面，你越会觉得自己管理真是又烦又容易出错。

内置类型默认初始化为未定义，建议用圆括号直接初始化；只有当括号中仅有单一初始化器（初始化值）时才可以使用auto。

new的使用，动态分配内存：

int *pi = new int(4);string *ps = new string(10, '9');vector *pv = new vector{0, 1, 2, 3};

delete接受一个指针，指向我们要释放的对象：

int *p1 = new int(24); delete p1; //销毁p1指向的对象，释放对应内存

我们传递给delete的指针必须指向动态分配的内存（或是空指针）。释放一块不是new分配的内存，或者把相同的指针释放多次，其行为都是未定义的：

int i, *pi1 = &i, *pi2 = nullptr;double *pd1 = new double(33), *pd2 = pd1;delete i; //错误。i不是指针。delete pi1; //未定义的行为。因为尝试释放一块不是new分配的内存。delete pd1; //正确。delete pd2; //未定义。因为把相同的指针释放多次。delete pi2; //正确。空指针。

空悬指针：指向一块曾经保存数据对象但现在无效的内存的指针；delete会让该指针变成空悬指针，此时建议用nullptr给它。
例子：

double *dp= new double(33);delete dp;    //dp变成一个空悬指针。dp = NULL;    //dp不再是空悬指针。

shared_ptr和new结合使用

初始化智能指针：

1. 不能进行内置指针到智能指针的隐式转换，必须使用直接初始化形式；
2. 智能指针默认使用delete释放，所以用于初始化智能指针的普通指针必须指向动态内存（new出来的）。
3. 管理的资源不是new分配的内存，则必须传入一个删除器替代delete。

例子：

shared_ptr p1(new int(24)); //正确。直接初始化。shared_ptr p2 = new int(24); //错误。//等号右边，用new构造对象时返回的是一个普通指针int*，它试图隐式转换为智能指针。//但是我们的智能指针的构造函数很无情，不允许隐式转换，所以报错了。

智能指针和异常

一句话总结：使用智能指针的好处：即便代码出现没有catch到的异常，还是能保证内存的释放；最好不要使用普通指针！

unique_ptr

前面只是讲了两个智能指针中的一个shared_ptr，还有一个呢：unique_ptr。

unique_ptr独有它所指向的对象。不支持普通的拷贝或赋值，但可拷贝或赋值一个即将销毁的unique_ptr，如作为函数返回值：

//返回一个局部对象的拷贝unique_ptr Clone(int p){    unique_ptr ret(new int(p));    return ret; }

另外，可调用release或reset将指针的所有权从一个非const的unique_ptr转移给另一个unique_ptr。

智能指针补充：

新的标准库定义了智能指针类型——shared_ptr、unique_ptr和weak_ptr，可令动态内存管理更为安全。对于一块没任何用户使用它的内存，智能指针会自动释放它。所以，现代C++程序应该尽量使用智能指针。